DE10251426A1

DE10251426A1 - Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses

Info

Publication number: DE10251426A1
Application number: DE10251426A
Authority: DE
Inventors: Rolf Heinemann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-05-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses aus einem tribologisch niederwertigen Werkstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Zylinderbohrung, in der eine Laufbuchse aus einem tribologisch hochwertigen Werkstoff angeordnet wird, wobei die Laufbuchse an ihrer äußeren, dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandten Oberfläche mit einer Rauhstruktur ausgebildet wird. Hierbei wird die Laufbuchse als Sinterwerkstoffbauteil aus einem Grundmaterial hergestellt, wobei die Rauhstruktur durch einen grobkörnigen Sinterwerkstoff hergestellt wird, der eine von dem Grundmaterial abweichende Körnung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses aus einem tribologisch niederwertigen Werkstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Zylinderbohrung, in der eine Laufbuchse aus einem tribologisch hochwertigen Werkstoff angeordnet wird, wobei die Laufbuchse an ihrer äußeren, dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandten Oberfläche mit einer Rauhstruktur ausgebildet wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Motorenbau werden Leichtmetall-Zylinderkurbelgehäuse verwendet, um beispielsweise durch eine Gewichtsreduzierung einen verminderten Kraftstoffverbrauch zu erzielen. Die für Zylinderkurbelgehäuse üblicherweise eingesetzte untereutektische Aluminium-Silizium-Legierung ist für tribologische Beanspruchung des Systems Kolben-Kolbenring-Zylinderlaufbahn aufgrund des zu geringen Anteils an verschleißfesten Siliziumphasen jedoch ungeeignet. Daher ist es bekannt, Graugußbuchsen in die Zylinderbohrungen einzugießen, um eine entsprechend verschleißfeste Lauffläche zu erzielen. Hierbei ergeben sich jedoch Nachteile dahingehend, daß diese Graugußbuchsen ein hohes Gewicht und einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als die Aluminiumlegierung des Zylinderkurbelgehäuses. Zylinderkurbelgehäuse aus übereutektischen Legierungen besitzen einen ausreichenden Anteil an Siliziumkristalliten. Dieser harte, verschleißbeständige Gefügebestandteil wird durch mechanische und chemische Bearbeitungsstufen (Ätzen) in der Zylinderlaufbahn freigelegt. Nachteilig bei dieser übereutektischen Legierung sind jedoch die mangelhafte Vergießbarkeit, die schlechte Bearbeitbarkeit und die hohen Kosten.

Aus der DE 101 03 459 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses aus einem tribologisch niederwertigen Werkstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Zylinderbohrung, in der eine Laufbuchse aus einem tribologisch hochwertigen Werkstoff angeordnet wird, bekannt. Hierbei wird die Laufbuchse an ihrer äußeren, dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandten Oberfläche mit einer Rauhstruktur ausgebildet und diese Rauhstruktur beim Einbringen in die Zylinderbohrung des Zylinderkurbelgehäuses angeschmolzen. Hierdurch wird ein metallischer Verbund zwischen dem Werkstoff der Buchse und dem Werkstoff des Zylinderkurbelgehäuses hergestellt und es ist möglich, auf kostengünstige Weise auch bei Zylinderkurbelgehäusen aus einer preisgünstigen untereutektischen Legierung eine tribologisch geeignete, hochwertige Laufbuchse in dem tribologisch niederwertigen Werkstoff des Zylinderkurbelgehäuses zu verankern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren der o.g. Art dahingehend zu verbessern, daß auf einfache und kostengünstige Weise in einem Zylinderkurbelgehäuse aus einem tribologisch niederwertigen Werkstoff eine tribologisch hochwertige Zylinderlauffläche realisiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Laufbuchse als Sinterwerkstoffbauteil aus einem Grundmaterial hergestellt wird, wobei die Rauhstruktur durch einen grobkörnigen Sinterwerkstoff hergestellt wird, der eine von dem Grundmaterial abweichende Körnung aufweist.

Dies hat den Vorteil, daß die Außenkontur bzw. Außenseite der Laufbuchse eine gewünschte Offenporigkeit bzw. Porosität aufweist, welche durch anschließendes Pressen und Sintern offenporig und porös bleibt, so daß beim Gießen des Kurbelgehäuses die Schmelze in die Poren an der Außenseite der Laufbuchse eindringen kann. Dadurch entsteht ein Formschluß zwischen der Laufbuchse und dem Kurbelgehäuse.

Zum Herstellen einer intermetallischen Verbindung zwischen Laufbuchse und Kurbelgehäuse wird die Rauhstruktur beim Einbringen in die Zylinderbohrung des Zylinderkurbelgehäuses angeschmolzen.

Zum Herstellen eines Schichtaufbaus mit unterschiedlichen Werkstoffen und unterschiedlichen Körnungen und somit unterschiedlichen Porositäten wird bei der Herstellung der Laufbuchse eine Sinterform zwei- oder mehrfach gefüllt, wobei bei jedem Füllvorgang unterschiedliche Sintermetallstoffe mit unterschiedlicher Sintermetallkörnung verwendet werden.

Beispielsweise ist eine Porentiefe der Körnung der Rauhstruktur kleiner gleich 3 mm.

Zweckmäßigerweise wird das Zylinderkurbelgehäuse aus einem untereutektischen Werkstoff, insbesondere einer untereutektischen Aluminiumlegierung, hergestellt.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Laufbuchse im Querschnitt und
2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Laufbuchse im Längsschnitt.
Bei einem Leichtmetallkurbelgehäuse wird eine Laufbuchse aus Sintermetall mit einer äußeren Rauhstruktur in Form eines offenporigen Sinterwerkstoffes an der Außenseite eingegossen. Die Laufbuchse wird als Sinterwerkstoffbauteil hergestellt, wobei die Rauhstruktur durch grobkörnigen Sinterwerkstoff hergestellt wird, der eine andere Körnung aufweist, als ein Grundmaterial. Die Rauhstruktur kann auch aus ganz anderen Metallphasen hergestellt sein.
Bei der Herstellung der Laufbuchse wird eine Sinterform durch zwei- oder mehrfache Füllvorgänge mit jeweils unterschiedlichen Sintermetallstoffen sowie unterschiedlicher Sintermetallkörnung befällt. Hierdurch wird ein Schichtaufbau mit unterschiedlichen Materialien und anderen Körnungen und damit unterschiedlichen Porositäten aufgebaut.
Vorzugsweise wird für eine Außenkontur bzw. Außenseite der Laufbuchse ein grobkörniger Werkstoff verwendet, um eine gewünschte Offenporigkeit zu erzielen, welche durch das anschließende Pressen und Sintern offenporig und porös bleibt, so daß beim Kurbelgehäusegießen die Schmelze in die Poren eindringen kann. Hierzu erfolgt, abhängig vom Gießverfahren, beispielsweise ein geringer Druckaufbau beim Gießvorgang. Dadurch entsteht ein Formschluß zwischen der Laufbuchse und dem Kurbelgehäuse. Abhängig vom Gießverfahren erfolgt auch eine Anschmelzung der Laufbuchse, wodurch eine intermetallische Verbindung zwischen der Laufbuchse und dem Kurbelgehäuse erzielt wird.
Durch diese Sinterherstelltechnik wird an der Oberfläche der Laufbuchse eine Porentiefe von 0 bis 3 mm erzielt. Die Laufbuchse erhält einen Schichtaufbau mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung in Form eines Gradientensintermetalls. Durch das grobkörnige Sintermetall an der Außenseite der Laufbuchse entsteht an deren Außenfläche eine grobstrukturierte Oberfläche. Die Schmelze des Gießwerkstoffes für das Kurbelgehäuse kann in diese großporige Aussenfläche einfließen bzw. eindringen bzw. einströmen und stellt dadurch zwischen Laufbuchse und Kurbelgehäuse einen Formschluß oder durch Anschmelzen der rauhen Struktur der Laufbuchse eine intermetallische Verbindung her. Gleichzeitig wird als innerer Sinterwerkstoff für die Laufbuchse, welcher die Lauffläche bildet, ein Sintermetall mit hoher Verschleißfestigkeit verwendet, d.h. mit hoher Dichte und niedriger Porosität.
1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Laufbuchse als Sinterwerkstoffbauteil mit zwei verschiedenen Sintenrwerkstoffen. Ein erster Sinterwerkstoff 10 weist eine hohe Porosität und damit eine große Offenporigkeit auf, wodurch eine rauhe Struktur an einer Außenseite der Laufbuchse hergestellt wird. Ein zweiter Sinterwerkstoff 12 weist eine hohe Dichte auf und bildet eine innere Lauffläche der Laufbuchse aus.
2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Laufbuchse als Sinterwerkstoffbauteil mit drei verschiedenen Sinterwerkstoffen. Ein mit Bezugszeichen 14 bezeichneter Sinterwerkstoff A ist offenporig mit geringer Dichte und bildet die äußere Rauhstruktur der Laufbuchse aus. Ein mit Bezugszeichen 16 bezeichneter Sinterwerkstoff B weist eine etwas höhere Dichte auf. Daran anschließend folgt ein mit Bezugszeichen 18 bezeichneter Sinterwerkstoff C mit hoher Dichte, welcher eine innere Lauffläche der Laufbuchse ausbildet.

10: erster Sinterwerkstoff
12: zweiter Sinterwerkstoff
14: Sinterwerkstoff A
16: Sinterwerkstoff B
18: Sinterwerkstoff C

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses aus einem tribologisch niederwertigen Werkstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Zylinderbohrung, in der eine Laufbuchse aus einem tribologisch hochwertigen Werkstoff angeordnet wird, wobei die Laufbuchse an ihrer äußeren, dem Zylinderkurbelgehäuse zugewandten Oberfläche mit einer Rauhstruktur ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse als Sinterwerkstoffbauteil aus einem Grundmaterial hergestellt wird, wobei die Rauhstruktur durch einen grobkörnigen Sinterwerkstoff hergestellt wird, der eine von dem Grundmaterial abweichende Körnung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhstruktur beim Einbringen in die Zylinderbohrung des Zylinderkurbelgehäuses angeschmolzen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Laufbuchse eine Sinterform zwei- oder mehrfach gefüllt wird, wobei bei jedem Füllvorgang unterschiedliche Sintermetallstoffe mit unterschiedlicher Sintermetallkörnung verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität des verwendeten Sintermetallstoffes von außen nach innen abnimmt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Porentiefe der Körnung der Rauhstruktur kleiner gleich 3 mm ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderkurbelgehäuse aus einem untereutektischen Werkstoff, insbesondere einer untereutektischen Aluminiumlegierung, hergestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse in das Kurbelgehäuse eingegossen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Schmelze des Kurbelgehäuse beim Gießen ein Druck derart ausgeübt wird, daß die Schmelze in den grobkörnigen Sinterwerkstoff eindringt.